Populärvetenskaplig presentation av vår forskning i Ottosson Group

Kvantmekaniken utgör den absoluta grunden för så gott som all kemi eftersom elektronernas fördelning i en molekyl avgör dess olika egenskaper (polaritet, reaktivitet, optiska egenskaper m.m.). Det övergripande temat för vår forskning är studier av organiska föreningar med elektronfördelningar och bindningsförhållanden som skiljer sig från vad som är gängse och vi utgår från kemiskt tillämpad kvantmekanik, s.k. kvantkemi. Våra projekt involverar både kvantkemisk modellutveckling och datorsimuleringar såväl som syntes och efterföljande experimentella studier. Vi använder kvantkemi för att designa nya organiska molekyler med egenskaper som är användbara inom olika tillämpningar (främst organisk/molekylär elektronik).

De senaste åren har vi speciellt undersökt molekylära egenskaper och processer som är resultat av aromaticitet och antiaromaticitet i de lägsta elektroniskt exciterade tillstånden, tillstånd som man når genom att lysa på en förening med ljus av en viss våglängd. Begreppet aromaticitet är ett av de viktigaste begreppen inom den organiska kemin och exemplifieras av bensen, en organisk förening som är aromatisk eftersom den har sex s.k. p-elektroner i en ring. Som ett resultat av detta är bensen extra stabil och dess reaktivitet skiljer sig markant från ickearomatiska föreningar. Begreppet antiaromaticitet är det motsatta till aromaticitet och innebär att en organisk förening är speciellt instabil och reaktiv. Regeln för aromaticitet och antiaromaticitet i det elektroniska grundtillståndet är mycket välkänd inom kemi och går under namnet Hückels regel.

År 1972 kunde den kanadensiske teoretikern Colin Baird visa att regeln för aromaticitet och antiaromaticitet i det lägsta triplettillståndet är motsatt Hückels regel. Det innebär alltså att bensen är antiaromatisk i det tillståndet, och genom kvantkemiska datorsimuleringar har det även visats att Bairds regel gäller för det lägsta singlettexciterade tillståndet (huruvida ett elektrontillstånd är ett singlett- eller triplettillstånd beror på elektronernas sammanlagda spinn). Vi har under ett flertal år studerat hur aromaticitet och antiaromaticitet påverkar fotokemiska reaktioner och olika egenskaper. Bairds regel har dock inte fått den breda uppmärksamhet den förtjänar och på fyrtioårsjubileet av Bairds artikel skrev Henrik Ottosson en artikel i Nature Chemistry för att belysa regeln och visa på dess potential. I princip borde regeln vara lika användbar inom fotokemi, fotofysik och angränsande områden som Hückels regel är inom ordinär grundtillståndskemi. Vi tror att den kan användas inom allt från fotokemisk syntes av nya läkemedelsubstanser till design av färgämnesföreningar som ingår i organiska solcellsmaterial. I korthet kan sägas att vi undersöker ett mycket grundvetenskapligt fenomen som har potential att vara enormt brett användbart.